含闭环运动链的四自由度搬运机器人动力学建模及验证研究.pdf

本篇论文的研究对象为含有闭环运动链的四自由度重负载搬运机器人，针对该机器人在高速运行时由于关节驱动电机饱和等问题导致关节转矩特性呈现强非线性、不同关节转矩之间存在强耦合、定位残余振动以及轨迹跟踪不稳定等现象，进行动力学研究，并构建动力学模型，旨在解决这些问题。以下是对论文内容的深入分析： 1. 关键问题与研究背景：论文针对高速重负载搬运机器人在运行中遇到的关节饱和、非线性转矩特性、转矩耦合、振动和轨迹跟踪不稳定等问题进行了研究。这类问题在工业搬运、机器人搬运等应用中非常常见，特别是在重负荷高速运动时，对机器人的精确控制和稳定性要求极高。为了解决这些问题，动力学研究成为了一个关键的研究方向。 2. 动力学建模方法：为了简化微分运动学方程的推导过程，本研究采用了斜对称矩阵法来避免复杂的矢量叉积运算和重复的闭环运动链几何约束运算。这种方法不仅简化了计算过程，还提高了计算效率。 3. 研究工具和仿真平台：通过基于机器人系统能量的拉格朗日法推导出动力学模型，然后利用Matlab/Simulink进行PID位置控制的仿真验证。Matlab/Simulink作为动力学建模与仿真工具，在工程领域应用广泛，尤其在控制系统设计、仿真及测试中发挥着重要作用。它能够为动力学模型的正确性提供实验验证的参考曲线。 4. 模型验证：研究者通过对比仿真结果与预期的控制效果，验证了动力学模型的正确性，确保模型能够准确反映搬运机器人的动力学特性。该验证过程为后续的实验提供了理论基础。 5. 结论：研究结果表明，所构建的动力学模型可以正确反映搬运机器人的动力学特性，并为基于该模型的机器人控制器设计提供了理论基础。 6. 关键词分析：文章中提到的斜对称矩阵法、位置控制闭环运动链等关键词点出了研究的核心内容，关键词“动力学建模仿真验证”概括了整篇文章的研究方向和目的。 7. 中图分类号和文献标识码：中图分类号TP242和TH113分别对应于机器人技术与机械动力学领域。文献标识码PIDA可能是指该文章在“专业指导”领域的标识。 本文通过研究闭环运动链的四自由度搬运机器人在动力学方面的问题，提出了新的建模方法，并通过Matlab/Simulink仿真验证了模型的正确性。研究的成功不仅为机器人的动力学模型构建提供了一种新的方法，同时也为相关领域的研究者和工程师提供了宝贵的参考和指导。